Ventex隔爆阀应用基础研究

       1 概述
        随着现代工业的发展，粉尘爆炸的潜在危险性大大增加。隔爆技术可以防止爆炸从初始位置向其他工艺单元传播，避免“二次”或系统爆炸事故，从而减轻爆炸灾害。
        Ventex隔爆阀因其结构简单、可靠，是国际上比较流行的隔爆装置〔2〕。其原理是利用爆炸时产生的压力推动移动阀芯阻隔爆炸火焰和压力。阀内流场分布、流动阻力及阀芯抗屈曲能力是正确设计和应用Ventex隔爆阀的关键和核心问题。
        2 工作原理
        Ventex隔爆阀主要用于连接两个工艺单元的管道上，分为内部激发和外部激发两种（图1）。

        内部激发阀（不带压力容器）可以在两个方向发生作用。外部激发阀只作用于一个方向，其对阀门的操作通过管道轴向上游传感器控制的辅助气流实现。气流从某一容器通过一个半球喷嘴喷射到锥形物上。这种阀门适应于爆炸压力较低的情况，以及阀门能在爆炸的起燃爆破阶段实现内部激发。在隔爆设备中，内部激发型Ventex隔爆阀结构简单，可靠性高，基本上不需要维护。
        3 流体模型建立及前处理
        建模中根据Ventex隔爆阀的工作特性，在不影响流体分析结果的情况下，对阀体内流道进行一定程度的简化，并根据圣维南原理加长其出口，使得到的结果在所关心的区域内更加准确。将模型在AN-SYSWorkbench中进行网格划分，在CFX中进行边界条件的设定。
        在输送管道中为避免出现脉冲和栓塞输送现象，输送管道风速通常控制在25～30m/s〔4〕。在本例中选取最大值，设置为进口流速为30m/s，出口压力设置为0。介质为25℃空气。在爆炸发生时，设置进口流速为90m/s，出口压力设置为0。
        4 分析
        在CFX－POST中查看流体分析结果，通过CFX后处理器查看中间界面的压力分布和流速分布（图2、图3），计算阀芯受力。

        隔爆阀在正常流速时出口和入口压降为1.6MPa，正常流速阀芯受力为17.6N，爆炸时阀芯受力为155.8N。
        5 择复位弹簧
        根据后处理的结果，复位弹簧支撑力不能小于17.6N，小于这个值在正常情况下阀芯将不能保持在平衡位置，Ventex隔爆阀将被关闭，导致管道堵塞。弹簧支撑力也不能大于155.8N，大于这个值在爆炸发生时隔爆阀不能起到隔爆作用，导致其失效。选择弹簧时还应考虑阀芯与芯轴的摩擦力。
        6 结语
        通过应用CFX流体分析软件定量分析了Ven-tex隔爆阀阀芯的受力情况，为复位弹簧的选择提供了理论数据，简化了设计过程，降低了设计成本，保证了产品的安全可靠。